DE4109955A1 - Wet chemical etching tungsten@ coating on semiconductor disc - by rotating disc, heating and etching by spraying with etching soln. - Google Patents

Wet chemical etching tungsten@ coating on semiconductor disc - by rotating disc, heating and etching by spraying with etching soln.

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Abstract

Wet chemical etching a W reverse side coating on a semiconductor disc comprises: (a) rotating the disc (1) about its central axis using a rotating appts. so that its' reverse side forms the underneath of the horizontally arranged disc (1); (b) heating the disc (1) using a heating appts.; and (c) etching the W coating by spraying the underneath of the disc (1) with an etching soln. Pref. after etching, the front side of the disc is rinsed with water, at a rate of 100-2000 (pref. 1500) revolutions per min. from a nozzle (5) arranged at the centre of the disc. The etching soln. is sprayed from a vertical nozzle (3) and the width of a circular region to be etched on the underneath of the disc (1) is adjusted by the distance between the central axis of the disc (2) and the nozzle (3), pref. the distance is 10-30 esp. 20 mm. The circular region is adjusted by the no. of revolutions of the rotating appts., pref. 500-1000, esp. 800 revolutions. H2O2 in an amt. of 30-40 pref. 30% is used as etching soln. USE/ADVANTAGE - The process is used in highly integrated constructional elements. Quality is improved.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum naßchemischen Ätzen einer Wolframrückseitenbeschichtung auf einer Halbleiterschei­ be.The invention relates to a method for wet chemical etching a tungsten back coating on a semiconductor wafer be.

Bei der Herstellung von hochintegrierten Bauelementen in Sili­ ziumtechnologie wird zunehmend eine chemische Wolframdampf­ abscheidung (CVDW = Chemically Vapor Deposited Wolfram) ein­ gesetzt. Wolfram ersetzt dabei als Leiterbahnmaterial, als Stöp­ sel (Plug) in den Kontaktlöchern oder als Kontakt zwischen zwei Leiterbahnebenen (Viahole) das sonst fast ausschließlich ver­ wendete Aluminium, bei dem sich die Gasphasenabscheidung bisher nicht durchgesetzt hat.In the manufacture of highly integrated components in silos cium technology is increasingly a chemical tungsten vapor deposition (CVDW = Chemically Vapor Deposited Wolfram) set. Tungsten replaces it as conductor material, as plug sel (plug) in the contact holes or as a contact between two Conductor levels (Viahole) otherwise almost exclusively ver turned to aluminum, which has been used for gas phase deposition has not prevailed.

Zu den positiven Eigenschaften von CVD-Wolfram gehört insbeson­ dere sein geringer spezifischer (Kontakt)-Widerstand, sowie die Möglichkeit einer ganzflächigen oder selektiven Abscheidung auf den dazu vorgesehenen Bereichen der Vorderseite einer Halblei­ terscheibe aus Silizium bei sehr guter Kantenbedeckung. Die Güte der Kantenbedeckung, gewinnt im Zuge des Trends zu immer höherer räumlicher Integration der Bauelemente besondere Be­ deutung, da sie z. B. bei Stufen oder bei Kontaktlöchern mit vertikalen Wänden eine Voraussetzung dafür ist, die für Kon­ takte und Verbindungen notwendige Fläche stark zu reduzieren.The positive properties of CVD tungsten include in particular their low specific (contact) resistance, as well as the Possibility of full-surface or selective deposition the intended areas of the front of a half lead Silicon glass with very good edge coverage. The The quality of the edge coverage always wins in the course of the trend higher spatial integration of the components special Be interpretation because they B. with steps or with contact holes vertical walls is a prerequisite for this, which for Kon clocks and connections greatly reduce the required area.

Aus dem Artikel von C. Lewis, in Fertigung und Automatisierung, Nr. 8/Aprilil 1990, S. 42-49, ist ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Gasphasenabscheidung von Wolfram bei relativ hohen Drücken (oberhalb 1000 Pa) bekannt geworden, die auf Untersu­ chungen der Firma Applied Materials, USA, beruht. Es wurde festgestellt, daß mit der bekannten Vorrichtung die Kantenbe­ deckung in engen Spalten und Löchern auf nahezu 100% ge­ steigert werden kann und daß bei dem gewählten relativ hohen Gesamtdruck höhere Abscheideraten und eine besonders glatte CVD-Wolframschicht erzielt werden können. Ferner wurde fest­ gestellt, daß ein erhöhter Wolfram-Partialdruck einerseits mit besserer Kantenbedeckung, andererseits jedoch mit einer erhöhten Rückseitenwolframabscheidung einhergeht. Bei der als Einzelscheibenanlage konzipierten bekannten CVD-Vorrichtung gelangt reaktives Gas (WF6) trotz Vorsichtsmaßnahmen auf die Rückseite der Halbleiterscheibe, so daß dort am Rand der Scheibe eine ringförmige Beschichtung auftritt. Es ist generell bekannt, daß die - schlecht haftenden - Wolframpartikel unbe­ dingt von der Rückseite der Halbleiterscheibe entfernt werden müssen, wenn die sehr große Gefahr von Defekten durch Kontami­ nation im weiteren Prozeßablauf vermieden werden soll. Die ge­ nannte, auf dem Markt befindliche Anlage "Precision 5000" ver­ fügt deshalb über eine Plasmaätzkammer, um Wolframrückstände von der Rückseite und den Vertikalkanten der Halbleiterscheibe zu entfernen. Dieses Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als es einen hohen apperativen Aufwand und einen hohen Zeit­ aufwand mit sich bringt.From the article by C. Lewis, in Manufacturing and Automation, No. 8 / Aprilil 1990, pp. 42-49, a method and a device for the vapor deposition of tungsten at relatively high pressures (above 1000 Pa) have become known based on investigations by Applied Materials, USA. It was found that with the known device the edge coverage in narrow gaps and holes can be increased to almost 100% ge and that higher deposition rates and a particularly smooth CVD tungsten layer can be achieved at the relatively high total pressure selected. It was also found that an increased partial pressure of tungsten goes hand in hand with better edge coverage, but on the other hand with an increased backside tungsten deposition. In the known CVD device designed as a single wafer system, reactive gas (WF 6 ) reaches the back of the semiconductor wafer despite precautionary measures, so that an annular coating occurs there at the edge of the wafer. It is generally known that the - poorly adhering - tungsten particles must necessarily be removed from the back of the semiconductor wafer if the very great risk of defects through contamination nation in the further process flow is to be avoided. The system called "Precision 5000" on the market therefore has a plasma etching chamber in order to remove tungsten residues from the rear and the vertical edges of the semiconductor wafer. However, this method is disadvantageous in that it involves a high outlay on equipment and a high amount of time.

Im Hinblick auf die Problematik der unerwünschten Wolframrück­ seitenbeschichtung sind noch weitere Verfahren denkbar, die jedoch alle in der einen oder anderen Hinsicht aufwendig sind:
Das Aufbringen einer zusätzlichen Haftschicht auf die Rückseite der Halbleiterscheibe könnte möglicherweise eine Kontamination durch Wolframpartikel verhindern, jedoch wird dadurch das Waferhandling sehr kompliziert und es besteht immer die Gefahr einer Vorderseitenbeschädigung. Auch das Anbringen zusätzlicher mechanischer, z. B. ringförmiger, Klemmvorrichtungen um die Rückseite gegen den CVD-Reaktor abzudichten, bringt wiederum neue Probleme mit sich. Prinzipiell aussichtsreich erscheint jedoch eine naßchemische Ätzung der Wolframrückseitenbeschich­ tung in einem Ätzbad. Dies setzt jedoch ein vorheriges Aufbrin­ gen, z. B. Aufschleudern, einer Vorderseitenschutzschicht (z. B. Photolack) voraus. Bei dieser Methode kommt es außerdem zu einer Kontamination der Lackschleuder und der Einrichtung zum späteren Entfernen der Vorderseitenschutzschicht.With regard to the problem of the undesirable backside of tungsten coating, other methods are also conceivable, but they are all complex in one way or another:
Applying an additional adhesive layer to the back of the semiconductor wafer could possibly prevent contamination from tungsten particles, but this makes wafer handling very complicated and there is always the risk of damage to the front side. Also attaching additional mechanical, e.g. B. ring-shaped, clamping devices to seal the back against the CVD reactor, in turn brings new problems. In principle, however, a wet chemical etching of the tungsten back coating in an etching bath appears promising. However, this requires a previous Aufbrin gene, for. B. spin coating, a front protective layer (z. B. photoresist) ahead. This method also contaminates the paint spinner and the device for later removal of the front protective layer.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das zu einer verfahrenstechnisch und qualitätsmäßig verbesserten Wolframabscheidung bei der Her­ stellung hochintegrierter elektronischer Bauelemente führt.The object of the invention is a method of the beginning Specify the type mentioned, which leads to a procedural and improved quality tungsten deposition at the Her position of highly integrated electronic components.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren der ein­ gangs genannten Art gelöst, das gekennzeichnet ist durch folgende Verfahrensschritte:The object of the invention is achieved by a method of solved type mentioned, which is characterized by following process steps:

  • a) die Halbleiterscheibe wird mittels einer Dreheinrichtung mit definierter Drehzahl um ihre Mittelachse gedreht, wo­ bei die Halbleiterscheibe so angeordnet wird, daß ihre zu ätzende Rückseite die Unterseite der horizontal ausgerich­ teten Halbleiterscheibe bildet;a) the semiconductor wafer is by means of a rotating device rotated around its central axis at a defined speed, where when the semiconductor wafer is arranged so that its too caustic back the bottom of the horizontally aligned formed semiconductor wafer;
  • b) die Halbleiterscheibe wird mittels einer vorzugsweise von ihrer Oberseite her auf sie einwirkenden Heizeinrichtung beheitzt;b) the semiconductor wafer is preferably by means of the top of the heater acting on it heated;
  • c) die Wolframrückseitenbeschichtung wird durch Besprühen der Unterseite der Halbleiterscheibe mit einer Ätzlösung ge­ ätzt.c) the tungsten back coating is applied by spraying the Underside of the semiconductor wafer with an etching solution etches.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegen­ stand von Unteransprüchen.Developments of the method according to the invention are opposed stood by subclaims.

Der Waferdurchsatz einer zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Randentschichtungsanlage beträgt etwa 30 Stück pro Stunde. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die ge­ nerellen Vorteile eines erhöhten Durchsatzes bei der Wolframab­ scheidung. Die horizontal rotierende Siliziumscheibe wird beim erfindungsgemäßen Verfahren von unten mittels einer feinen Düse mit einer Wolframätze, z. B. Wasserstoffperoxid (H2O2) be­ sprüht, wobei die Siliziumscheibe zur einfachen Beschleunigung der Wolframätzung beispielsweise durch eine Lampe erwärmt wird.The wafer throughput of an edge stripping plant suitable for carrying out the method according to the invention is approximately 30 pieces per hour. The inventive method offers the ge nerellen advantages of increased throughput in the Wolframab separation. The horizontally rotating silicon wafer is in the inventive method from below by means of a fine nozzle with a Wolframatzen, z. B. hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) be sprayed, the silicon wafer being heated for easy acceleration of the tungsten etching, for example by a lamp.

Die Zentrifugalbeschleunigung der rotierenden Siliziumscheibe verhindert, daß ihre Vorderseite, außer höchstens in einem schmalen Randbereich, von der Ätze angegriffen wird. Die Breite des gegebenenfalls freizuätzenden Randbereichs kann dabei auf einfache Weise durch die Drehzahl der Dreheinrichtung einge­ stellt werden. Ein geätzter Randbereich von ca. 2 mm Breite auf der Vorderseite der Siliziumscheibe ist beispielsweise für das spätere Handling (Greifer) sehr vorteilhaft. Nach der Beseiti­ gung der Wolframrückseitenbeschichtung kann die rotierende Si­ liziumscheibe mit Wasser gespült werden, um noch vorhandene Wolframpartikel insbesondere von der Vorderseite zu entfernen. Als Ätzmittel ist das bekannte Wasserstoffperoxid, das bereits für die Waferreinigung in Verwendung ist, gut geeignet. Wasser­ stoffperoxid ist außerdem chemisch gut abbaubar.The centrifugal acceleration of the rotating silicon disk  prevents its front, except at most in one narrow edge area from which etch is attacked. The width of the edge area to be etched if necessary can be simply turned on by the speed of the rotating device be put. An etched edge area of approx. 2 mm wide the front of the silicon wafer is for example for that later handling (gripper) very advantageous. After the beseiti tungsten back coating, the rotating Si silicon wafer can be rinsed with water to remove existing ones Remove tungsten particles in particular from the front. The well-known hydrogen peroxide as an etchant is already is well suited for wafer cleaning. Water Fabric peroxide is also readily chemically degradable.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der beigefügten Figur näher erläutert.The method according to the invention is described below using a Embodiment and the accompanying figure explained.

Die Figur zeigt in schematischer Darstelltung eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The figure shows a schematic representation of an arrangement for Implementation of the method according to the invention.

In der Figur ist eine horizontal ausgerichtete Siliziumscheibe 1 dargestellt, die in ihrem Mittelteil auf einem Chuck 2 befe­ stigt ist, durch den sie mittels einer nicht dargestellten Dreheinrichtung in Drehung versetzt wird. Die Figur zeigt weiter­ hin eine vertikal ausgerichtete Düse 3, mittels derer das Was­ serstoffperoxid auf die Unterseite (Rückseite) der Silizium­ scheibe 1 gesprüht wird. Durch die Drehung verteilt sich die Ätzlösung nach außen in einem ringförmigen Bereich auf der Halbleiterscheibe. Ohne die Zentrifugalkraft würde die Atzlö­ sung unerwünscht weit über den Rand der Halbleiterscheibe 1 auf deren Vorderseite vorkriechen. In der Figur sind ferner zwei Heizlampen 4 dargestellt, die die Halbleiterscheibe 1 von oben durch Bestrahlung aufheizen. Schließlich ist eine etwa auf die Mitte der Oberseite der Halbleiterscheibe 1 gerichtete Wasser­ düse 5 dargestellt, mittels derer nach der Ätzung die Vorder­ seite der sich drehenden Halbleiterscheibe 1 mit Wasser gespült wird. In the figure, a horizontally oriented silicon wafer 1 is shown, which is attached to a chuck 2 in its central part, by means of which it is rotated by means of a rotating device (not shown). The figure further shows a vertically aligned nozzle 3 , by means of which the What serstoffperoxid on the bottom (back) of the silicon wafer 1 is sprayed. As a result of the rotation, the etching solution is distributed outwards in an annular area on the semiconductor wafer. Without the centrifugal force, the Atzlö solution would undesirably crawl far beyond the edge of the semiconductor wafer 1 on its front side. The figure also shows two heating lamps 4 which heat the semiconductor wafer 1 from above by irradiation. Finally, a water nozzle 5 which is directed approximately towards the center of the upper side of the semiconductor wafer 1 is shown, by means of which the front side of the rotating semiconductor wafer 1 is rinsed with water after the etching.

Für die Rückseitenentschichtung wird eine Drehzahl zwischen 500 und 1000 Umdrehungen pro Minute gewählt. Bei 800 U/min beträgt dann die Breite des entschichteten schmalen ringförmigen Rand­ bereichs auf der Oberseite ca. 1 mm. Die für einen rationellen Verfahrensablauf erhöhte Wafertemperatur liegt zwischen 70 und 90°C, vorzugsweise bei 8O°C. Die Konzentration des Wasserstoff­ peroxid liegt zwischen 30 und 40%, vorzugsweise wird ein Wert von 30% gewählt. Die Breite des zu entschichtenden ringförmi­ gen Bereiches auf der Rückseite der Halbleiterscheibe 1 wird durch die Lage der Düse 3 eingestellt. Die Breite liegt zwi­ schen 10 und 30 mm, typischerweise bei 20 mm. Zur Entfernung von Wolframpartikel auf der Vorderseite wird eine Wasserspülung mit einer Drehzahl von 1000 bis 2000 U/min, vorzugsweise von 1500 U/min durchgeführt.A speed between 500 and 1000 revolutions per minute is selected for the decoating on the back. At 800 rpm, the width of the stripped narrow annular edge area on the top is approximately 1 mm. The increased wafer temperature for a rational process is between 70 and 90 ° C, preferably 80 ° C. The concentration of the hydrogen peroxide is between 30 and 40%, preferably a value of 30% is chosen. The width of the annular region to be stripped on the back of the semiconductor wafer 1 is adjusted by the position of the nozzle 3 . The width is between 10 and 30 mm, typically 20 mm. To remove tungsten particles on the front, a water rinse is carried out at a speed of 1000 to 2000 rpm, preferably 1500 rpm.

Claims (9)

1. Verfahren zum naßchemischen Ätzen einer Wolframrückseitenbe­ schichtung auf einer Halbleiterscheibe, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • a) die Halbleiterscheibe (1) wird mittels einer Dreheinrich­ tung mit definierter Drehzahl um ihre Mittelachse gedreht, wobei die Halbleiterscheibe (1) so angeordnet wird, daß ihre zu ätzende Rückseite die Unterseite der horizontal ausgerichteten Halbleiterscheibe (1) bildet;
  • b) die Halbleiterscheibe (1) wird mittels einer vorzugsweise von ihrer Oberseite her auf sie einwirkenden Heizeinrich­ tung beheizt;
  • c) die Wolframrückseitenbeschichtung wird durch Besprühen der Unterseite der Halbleiterscheibe (1) mit einer Ätzlösung geätzt.
1. A method for wet chemical etching of a tungsten back coating on a semiconductor wafer, characterized by the following method steps:
  • a) the semiconductor wafer ( 1 ) is rotated by means of a rotary device at a defined speed about its central axis, the semiconductor wafer ( 1 ) being arranged such that its rear side to be etched forms the underside of the horizontally aligned semiconductor wafer ( 1 );
  • b) the semiconductor wafer ( 1 ) is heated by means of a heating device preferably acting on it from the top thereof;
  • c) the backside of the tungsten coating is etched by spraying the underside of the semiconductor wafer ( 1 ) with an etching solution.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Verfahrensschritt
  • d) nach der Ätzung insbesondere die Vorderseite der sich drehenden Halbleiterscheibe (l) mit Wasser gespült wird.
2. The method according to claim 1, characterized in that in a further process step
  • d) after the etching, in particular the front of the rotating semiconductor wafer (1) is rinsed with water.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserspülung bei einer Drehzahl von 1000 bis 2000, vorzugsweise 1500, Umdrehungen pro Minute erfolgt, wobei das Wasser mittels einer Wasserdüse (5) etwa auf die Mitte der Oberseite der Halbleiterscheibe gerichtet wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the water is flushed at a speed of 1000 to 2000, preferably 1500, revolutions per minute, the water being directed by means of a water nozzle ( 5 ) approximately to the center of the top of the semiconductor wafer. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Besprühen mit einer Ätzlösung mittels einer feinen, vertikal ausgerichteten Düse (3) erfolgt, und daß die Breite eines auf der Unterseite der Halbleiterscheibe (1) zu ätzenden, ringförmigen Bereiches durch den Abstand zwischen der Mittel­ achse der Halbleiterscheibe (2) und der Düse (3) eingestellt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the spraying with an etching solution by means of a fine, vertically aligned nozzle ( 3 ), and that the width of an annular region to be etched on the underside of the semiconductor wafer ( 1 ) is set by the distance between the center axis of the semiconductor wafer ( 2 ) and the nozzle ( 3 ). 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite eines schmalen auf der Oberseite der Halblei­ terscheibe (1) zu ätzenden ringförmigen Randbereichs durch die Drehzahl der Dreheinrichtung eingestellt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the width of a narrow on the top of the semi-conductor disc ( 1 ) to be etched annular edge region is adjusted by the speed of the rotating device. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehzahl zwischen 500 und 1000, vorzugsweise 800, Umdrehungen pro Minute eingestellt wird.6. The method according to claim 5, characterized, that a speed between 500 and 1000, preferably 800, Revolutions per minute is set. 7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand zwischen 10 und 30 mm, vorzugsweise 20 mm, eingestellt wird.7. The method according to claim 4, characterized, that a distance between 10 and 30 mm, preferably 20 mm. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe (1) durch die Heizeinrichtung, die vorzugsweise durch mindestens eine oberhalb der Halbleiter­ scheibe angeordnete Heizlampe (4) gebildet wird, auf etwa 70 bis 90°C, vorzugsweise 80°C, aufgeheizt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the semiconductor wafer ( 1 ) by the heating device, which is preferably formed by at least one above the semiconductor wafer arranged heating lamp ( 4 ), preferably to about 70 to 90 ° C. 80 ° C, is heated. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß als Ätzlösung Wasserstoffperoxid mit einer Konzentration zwischen etwa 30 und 40%, vorzugsweise 30% verwendet wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized that as an etching solution, hydrogen peroxide with a concentration between about 30 and 40%, preferably 30% is used.
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